I dag bruker hunden sin halen for å satse, peke og jage i en sirkel. Men haler gjør langt mer enn det: For 360 millioner år siden hjalp de de første landgangerne med å gjøre den skjebnesvangre evolusjonære overgangen fra vann til land. I en ny studie brukte forskere robuste-halede roboter designet for å bevege seg som amfibisk "mudskipper" -fisk for å vise at de første landgangerne kan ha brukt halene sine for å navigere i forræderske strandlinjeforhold.
Relatert innhold
- Selvsmørende sverdfisk Secret Oil for å svømme raskere
Funnene, som er detaljert i denne ukens utgave av tidsskriftet Science, kan hjelpe til med utformingen av amfibiske roboter som kan skvale effektivt over utfordrende overflater som sand som kan strømme rundt lemmer og hindre bevegelse. (Ingen å fortelle hva disse kvikkfotede robotene kan brukes til, men det er verdt å merke seg at studien delvis ble finansiert av US Army Research Office og Army Research Laboratory.)
“Land er ikke bare hard betong eller steiner. Det kan være sammensatt av sandig og gjørmete løst terreng som flyter ved kontakt, og det å flytte over den slags materialer er ikke trivielt i det hele tatt, sier studieleder Daniel Goldman, en biofysiker ved Georgia Tech som spesialiserer seg i dyreflytting.
For å få mer innsikt i bevegelsen til tidlige terrestriske virveldyr, eller tetrapods, studerte Goldman og hans kolleger bevegelsen til den afrikanske søppelskipperen, en liten, amfibisk fisk som lever i tidevannsområder nær kysten og tilbringer tiden sin i både vann og på sand og gjørmete overflater. Mudskippers bruker sine nubby finner for å rusle over land og er kjent for å av og til hoppe ved å dunke halene.
Teamets observasjoner avslørte at halehalehalen bare er marginalt nyttig for å bevege seg på flate overflater - men blir betydelig viktigere når skapningen må skyve seg opp glatte stigninger.
For bedre å forstå hvordan mudskipperen brukte finnene og halen på konsert, brukte forskerne en 3D-printer for å lage en robot som etterligner noen av skapningens nøkkelbevegelser. Viktigst er at "MuddyBot" kan skyve opp og skyve fremre lemmer bakover - en bevegelse som kalles "krykke" - og den kan plassere sin kraftige hale i forskjellige vinkler på bakken i forhold til lemmene.
"Det er ikke det mest glamorøse enheten, " sier Goldman, "men det er godt kontrollert. Vi bruker en robot for å gjøre vitenskap, og i dette tilfellet for å snakke om ting som skjedde for 360 millioner år siden. "
Roboten har to lemmer og en kraftig hale, med bevegelse levert av elektriske motorer. (Rob Felt, Georgia Tech) Som mudskipper, trengte MuddyBot et spark fra halen for å stige oppover en 20-graders sandhelling. Halen var også nyttig for forankring, slik at roboten ikke gled bakover nedover skråningen.
"Ved å se på roboter, var vi i stand til å plukke ut noen av fordelene ved å bruke haler i konsert med lemmer, " sier Goldman. "Spesielt for bratt skrå materialer, hvis du ikke bruker halen, blir du ganske strandet."
Funnene er et viktig skritt - ingen ordspill ment - for å forstå de mekaniske prinsippene for tidlig tetrapod-bevegelse og viktigheten av haler, sier John Nyakatura, en evolusjonsbiolog ved Humboldt-universitetet i Berlin, som ikke var involvert i studien.
"I lang tid ble salamanderflytting sett på som den mest adekvate modellen [for tidlig tetrapodbevegelse], " sier Nyakatura, som skrev en relatert nyhetsartikkel om funnene for Science . "Siden salamandere ikke bruker halen på denne måten på utfordrende støtter som bratte, sandige stigninger, tenkte ingen på halen."
Nyakatura berømmet også teamets innovative metoder. "Det jeg liker med denne artikkelen er at den trekker ut fra forskjellige forskningsmetoder: robotikk, simuleringer, biomekanikk av levende fisk, " sier han. Spesielt bruk av simulering og roboter gir store muligheter for funksjonelle slutninger i paleontologi. Disse tilnærmingene lar deg (systematisk) variere individuelle parametere. Hele 'parameterrom' kan utforskes, inkludert parameterkombinasjoner som ikke kan observeres hos levende dyr. »
John Hutchinson, professor i evolusjonær biomekanikk ved University of London, var enig. Å flytte fra vann til land "var en viktig overgang i ryggvirvelutvikling, og det satte scenen for alt som skjedde på land i virveldyrgruppen siden den gang, " sier Hutchinson, som ikke var involvert i forskningen. "Ingen har noensinne brukt roboter for å belyse dette området, så det vil være interessant å se hvor det går."
